Сила в движении!
"В движении сила растет и набирает мощь" Вергилий Марон Публий
Согласно легенде, греческий воин по имени Фидиппид в 490 году до н. э. после битвы при Марафоне, чтобы возвестить о победе греков, пробежал без остановок от Марафона до Афин. Добежав до Афин, он успел крикнуть: «Радуйтесь, Афиняне, мы победили!» и упал замертво. Сейчас же проведение марафонов стало одним из видов спорта, а для некоторых и образом жизни. В качестве «топлива» мышцы используют аденозинтрифосфат (АТФ) с образованием аденозиндифосфата (АДФ). При расщеплении АТФ выделяется большое количество энергии. Но запаса АТФ в мышцах хватает всего на несколько секунд бега. Чтобы восполнить «топливные резервы» АДФ вновь должно преобразоваться в АТФ. На схеме вы видите три основных источника АТФ в клетках мышечной ткани.
Вопрос 1. Определите название процессов/веществ. Глюкоза поступает в мышцы из крови или при расщеплении вещества А, накопленного в мышцах. Далее она окисляется до пирувата в процессе B. При недостатке кислорода в тканях дальнейшее окисление пирувата до соединений X и Y не происходит, вместо чего пируват окисляется до молочной кислоты, которая выводится из мышцы и транспортируется в орган C, где в клетках D происходит процесс синтеза глюкозы — E, которая в дальнейшем транспортируется обратно к мышце. Такой процесс называется циклом Кори или глюкозо-лактатным циклом. Предположите, из каких веществ Z, кроме лактата, может происходить процесс E?
A Гликоген
B Гликолиз
C Печень
D Гепатоцит (клетка печени)
E Глюконеогенез
F Аэробного (кислородного) дыхания (окисления) или окислительного декарбоксилирования (цикла Кребса) и окислительного фосфорилирования (дыхательной цепи, цепи переноса электронов)
M Миоглобин
N Митохондрия
X СО2
Y Н2О
Z Аминокислоты, глицерин, орг.мол. с 3 атомами С (любой ответ)
Вопрос 2. Мышцы содержат быстрые и медленные волокна. При беге в первые моменты основная нагрузка идет на быстрые волокна, так как в них есть запас вещества А и ферменты для процесса В, что позволяет получать АТФ быстро. В медленных волокнах присутствует большое количество органелл N, в которых располагаются ферменты для процесса F, а также содержится большое количество белка M, который является одним из переносчиков O2. Получение АТФ здесь идет дольше, но зато эффективнее (с одной молекулы глюкозы или эквивалента получается больше молекул АТФ), поэтому при длительной нагрузке эффективнее использовать медленные волокна. Заполните таблицу с особенностями характерными для быстрых и медленных волокон.
Вопрос 3. Представим марафонца, который знает, что ему предстоит долгий бег, но он никуда не торопится. Экономя силы, он разгоняется и бежит со средней «ненапряженной» скоростью всю оставшуюся дистанцию, но в конце решает сделать финишный рывок. Нарисуйте график расходования жиров и углеводов в его организме, основываясь на том, какие типы мышечных волокон будут преимущественно работать в каждой ситуации. При рассуждении учитывайте, что в процессах F будут в основном использоваться жиры. Графики поясните.
Пояснения: В первый момент идет сжигание гликогена мышц в быстрых волокнах. Затем, при продолжении нагрузки, переключение на медленные волокна, которые работают в основном на жирах. При финишном рывке переход на гликолиз и трата углеводов/гликогена.
4б
Вопрос 4. А теперь представим, что марафонец вышел на соревнования и ему необходимо поддерживать максимальную скорость. Опишите словами, как изменятся ваши графики?
Постоянно высокая скорость, будет постоянно использовать гликолиз. Углеводы используются по максимуму всегда, а жиры по минимуму всегда.
4 б
Вопрос 5. Большинство биомеханических моделей предполагают, что теоретическая максимальная скорость животного прямопропорциональна его массе (рис. 2). Однако, реальная максимальная скорость характерна для не самых крупных животных. Проанализируйте график и предположите, почему слон не может достигнуть своей максимальной скорости?
Разгон большой массы требует много энергии. Запаса энергии (гликогена) в быстрых волокнах не хватает для достижения максимальной скорости (когда гликоген заканчивается, слон перестает разгоняться)
3б